1 浙江大学 光电科学与工程学院 先进光子学国际研究中心, 浙江 杭州 310058
2 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310058
共聚焦显微镜具有较高的空间分辨率和信号背景比，能对生物样品进行三维层析成像，在医学与生物学领域有着广泛的应用。近红外二区（NIR-II，900~1 880 nm）波段的光在生物组织中具有适中的吸收、较低的散射，以及非常弱的生物组织自发荧光，因此，NIR-II荧光活体成像具有大深度、高对比度等优势。点激发、点探测的NIR-II共聚焦显微技术结合了上述二者的优势，在大深度生物成像中具有高空间分辨率和高信号背景比等优点，因此在生物医学领域得到了广泛应用。此综述将从NIR-II共聚焦显微技术的原理出发，阐述其发展进程、以及基于此项技术开展的生物医学成像应用，探讨NIR-II共聚焦显微技术未来的改进和发展方向。
共聚焦显微镜 近红外二区 活体生物成像 confocal microscopy near-infrared II in vivobioimaging 红外与激光工程
2022, 51(11): 20220494
1 浙江大学 先进光子学国际研究中心 光及电磁波研究中心 光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310058
2 宁波舜宇仪器有限公司，浙江 余姚315400
近红外二区（900~1 880 nm，the Second Near-Infrared Region，NIR-II）荧光宽场显微成像技术是当前大深度活体成像的一大研究热点，在基础研究和临床应用方面都拥有巨大的潜力。对比可见光（360~760 nm）和近红外一区（760~900 nm，the First Near-Infrared Region，NIR-I）的成像，NIR-II荧光宽场显微成像技术在活体层面具有更高的清晰度和更深的组织穿透。在NIR-II宏观成像基础上，对组织微结构清晰成像的需求迫使成像试剂持续发展，成像系统不断精进。目前，NIR-II荧光宽场显微成像技术在脉管显微造影、肿瘤精确分析、炎症准确追踪等生物应用上都获得一系列突破，相关研究对象包含啮齿类动物（如小鼠，大鼠）及灵长类动物（如狨猴，猕猴）等。将来随着仪器商业化和国产化突破，成像试剂安全性逐步提高，NIR-II荧光宽场显微成像应用价值将不断攀升。本文从NIR-II荧光成像的机制及优势展开讨论，综述NIR-II荧光宽场显微成像的系统特点和演进历史，以及其在不同生物模型上活体成像方面的最新探索和前景展望，以期推动NIR-II荧光宽场显微成像技术进一步普及。
荧光成像 近红外二区 宽场显微成像 大深度活体成像 fluorescence imaging the second near-infrared region（NIR-II） wide-field microscopic imaging large depth in vivo imaging
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310058
2 浙江大学光电科学与工程学院光及电磁波研究中心，浙江 杭州 310058
3 浙江大学先进光子学国际研究中心，浙江 海宁314400
近红外二区荧光成像技术是一种大深度、高分辨的光学活体成像手段。相较于可见光（360~760 nm）和近红外一区（760~900 nm）窗口，近红外二区（900~1880 nm，NIR-II）窗口内的组织光吸收明显提升，显著抑制了二维面阵成像中的散射背景，使得成像效果得到改善。围绕着NIR-II窗口，研究者们已经开发了多种发光探针、成像系统及诊疗手段，在啮齿类、非人灵长类实验动物上展开实践，并在临床外科手术中初步评估了其应用前景。将从生物组织对可见-近红外波段光子的吸收与散射作用入手，阐述NIR-II光学成像的理论机制，简要介绍常见的几类NIR-II光学探针，综述现有的几种多模态NIR-II成像方式，并对成像引导下的多功能诊疗平台进行讨论，旨在为该领域的进一步发展提供参考，争取早日实现临床转化。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617001
河北工业大学人工智能与数据科学学院, 天津 300100
光学遥感图像目标检测一直都是遥感领域研究的热点之一,但现有的检测方法对背景复杂且尺寸较小的目标检测准确率不高。针对以上问题,提出了一种以Mask-RCNN为基础框架的目标检测方法。该算法以ResNet50为特征提取网络并在此基础之上利用特征重用技术来更好地提取目标的语义特征,且针对不同类型的飞机尺寸比例不固定等特点,设计了一组更加合适的候选框尺度集合。实验结果证明,该方法与以往常用的检测算法相比在小物体检测上拥有更高的检测精度。
图像处理 遥感图像 卷积神经网络 目标检测 Mask-RCNN算法 深度学习 激光与光电子学进展
2020, 57(4): 041007
1 赤峰工业职业技术学院, 内蒙古 赤峰 024000
2 山东省科学院激光研究所, 山东 济南 250000
通过送粉式激光熔化3D打印装置在6063铝合金作基板上打印粒径尺寸50～100 μm的Al-12%Si合金粉末, 研究有/无横向稳恒磁场下3D打印Al-12%Si合金组织演变规律。研究结果表明, 激光熔化得到的沉积试样表现出明显层状堆积特征, 组织中包含亮白色的α-Al相与Al-Si共晶相以及部分颜色较暗的α-Al相共同叠加组成, 试样致密度达到94%。在磁场强度为0.5 T下, 试样的底部区域形成了珠界面以及边缘生成了众多的等轴状α-Al相, 磁场具有能够使柱状晶转变为等轴晶的作用且能够使α-Al相从柱状晶转变为等轴晶, 并形成高次枝晶臂。
激光熔化 横向稳恒磁场 Al-12%Si合金 组织演变 laser melting transverse steady magnetic field Al-12%Si alloy microstructure evolution
1 东北大学 资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819
2 北京师范大学 减灾与应急管理研究院, 北京 100875
通过对两种花岗岩进行室内常温下单轴压缩加载, 利用热红外光谱辐射计(8～14 μm)对加载过程中试样的热红外光谱辐射进行观测, 研究岩石受力过程热红外光谱变化特征, 揭示其应力敏感波段. 结果表明, 花岗岩辐射亮度(增量)与应力呈线性关系, 矿物组分及结构差异对应力敏感波段有重要影响. 按红外光谱辐射亮度与载荷的相关系数、拟合直线最大变幅-标准偏差比两项指标进行综合分析, 揭示富含钾长石的斑状花岗岩的应力敏感段为8.4～10.6 μm, 中心波长为8.75 μm;富含斜长石的等粒花岗岩的应力敏感波段为8.2～11.7 μm, 中心波长为10.25 μm. 上述波段可分别作为相应花岗岩的应力与灾变红外遥感监测的优势波段.
灾变遥感 岩石 热红外光谱 应力 敏感波段 catastrophe remote sensing rock thermal infrared spectrum stress sensitive waveband
1 东北大学资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819
2 北京师范大学减灾与应急管理研究院, 北京 100875
在实验室对石英砂岩进行单轴压缩加载, 利用红外光谱辐射计(观测波段8~14 μm)对加载过程中试样的红外光谱辐射变化特征进行观测, 研究岩石红外辐射对应力响应的敏感波段。 实验结果显示, 当岩石被加载时, 红外光谱随之发生变化, 但不同波段变化特征不同, 在8.0~11.5 μm范围(尤其在8.6~9.1 μm)石英砂岩的红外光谱辐射强度随载荷增加而增加, 二者间近似呈两次曲线关系, 且光谱辐射强度的“信噪比”较高； 在其它波段光谱辐射强度与载荷的相关性差且“信噪比”较低。 由此表明, 8.0~11.5 μm是石英砂岩红外辐射对应力响应的敏感波段, 也是岩石应力与灾变红外遥感监测的优势波段, 而最佳监测波段是8.6~9.1 μm。
岩石 应力 红外光谱 敏感波段 灾变遥感 Rock Stress Infrared spectrum Sensitive waveband Catastrophe remote sensing
1 华中科技大学生物医学光子学教育部重点实验室,中国,湖北,武汉,430074
2 华中科技大学湖北省生物信息与分子成像重点实验室,中国,湖北,武汉,430074
采用线栓法制备大鼠大脑中动脉栓塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)模型,在额叶皮层用KCl诱导产生皮层扩散性抑制(cortical spreadingdepression,CSD).MCA04 h后,利用550 nm内源信号光学成像(optical intrinsic signalimaging,OISI)监测局灶性脑缺血后大鼠顶-枕叶皮层内源光信号变化.成像1 h内观测到一系列诱导CSD波(14±3次),CSD波局限于顶-枕叶皮层中央区域扩展,以光强的显著下降为特征;而旁侧区域光强无明显改变,不具备CSD波特征,表明CSD波未传播到该区域.随后TIC染色证明上述旁侧区域已经梗死.实验表明:MCAO后4h,皮层区域旁侧部分会梗死;CSD波的0IS变化可用来区分缺血梗死区和外周供血较为完整区域(未梗死区).
大脑中动脉栓塞 局灶性脑缺血 内源信号光学成像 皮层扩散性抑制 middle cerebral artery occlusion focal cerebral ischemia optical intrinsic signal imaging cortical spreading depression
